煤炭上行开采技术

技术与市场技术研发2013年 第20卷第11期煤炭上行开采技术孙东兴(山西汾西工程建设有限责任公司工程公司,山西孝义032303)摘要:介绍了 上行开采技术，论述了上行开采研究的目的及意义,分析了国内外关于上行开采的研究现状，从采场上覆岩层裂隙的变化规律和上行开采与围岩平衡等方面论述了上行开采的机理,并通过层间距、采高、采煤方法等的分析，论述了影响上行开采的因素。说明了在传统的采煤方法占主导地位的前提下,上行开采技术有待进-步研究、实践和完善,但是随着采煤生产技术水平总体的提高，上行开采法将具有广阔的发展前景。关键词:上行开采;上行开采机理;发展前景doi:10. 3969/j. issn. 1006 - 8554.2013. 11.0571煤炭上行开采技术上覆岩(煤)层的原始应力平衡状态，引起岩体应力重新分布。上行开采法就是在一个煤系地层内， 含有两层及以上并当重新分布后的应力超过了煤(岩)极限强度时，必须引起上有一定间距和开采价值的煤层,在开采顺序上是先采下部煤覆岩(煤)层的横向及纵向变形与破坏。上覆岩( 煤)层的横向层，然后再采上部煤层。这是一种特殊的开采顺序。根据顶及纵向离层变形主要产生大量采动裂隙，破坏煤层,但随时间板管理方式的不同，有厚煤层分层填充上行开采，厚煤层分层的延长，采动影响逐渐消失,采动裂隙会重新闭合压实;而纵恒底式上行开采和煤层间跨落上行开采。向剪切变形则表现为煤(岩)层发生台阶错动，破坏煤层结构。1.1 上行开采的适用条件后者是影响上行开采的最大障碍。控制煤(岩)层纵向台阶错1)适用于上煤层顶板坚硬、煤质坚硬不易采出的条件。动，就是采场围岩力系平衡问题。因此，研究层间岩性及其形我国有许多矿井采空区顶板岩石长时间不冒落，造成悬顶。.成平衡岩层结构的条件,认识研究上行开采机理的基本方法有的矿井工作面悬空面积达1万m2以上，当采空区面积达到之一。顶板稳定的极限时,-定厚度的岩层 会发生整体性折断或突发2).上行开采与围岩平衡。煤层开采后的采场主要应力为性冒落,这种压力对工作面正常生产构成严重威胁，综采工作煤层上覆岩层的自重,在应力的作用下，围岩发生变形、破坏面将发生液压支架损坏、活柱崩裂。弯曲折断、缸体爆炸,以以及应力重新分布,达到新的平衡状态。这个变化过程主要及其他构件的变形破坏。2)适用于.上煤层含水量大、顶板淋水的条件。在下行开采是岩层的移动变化，在垂直方面上可分为跨落带、断裂带以及法中，-些矿井煤层含水量大顶板出现淋水，造成工作面生弯曲下沉带。断裂带位于跨落带上方,随着跨落带的压实过产环境恶劣，影响工人的身体健康,采区上(下)山胶带输送程，上部岩层将弯曲下沉形成裂隙;断裂带只产生- -定的下沉机所输煤流下滑，大巷运输矿车粘底,减小了矿车的有效容量和裂隙，产生的裂隙距采空区越高也越少,并且不改变岩层量。更为严重的是有些矿井因为顶板淋水较大而被迫停产。原来的状态。弯曲下沉带只产生- -定量的下沉，对岩层的层3)适用于上煤层瓦斯含量高的条件。矿井下地质条件千状结构毫无影响。而从围岩平衡的观点可分为非平衡带(即跨变万化，煤层赋存情况千差万别，在同一个井田内，有时候会落带)部分平衡带(相当于裂隙的下位岩层)平衡带(相当于裂隙岩层的下位岩层之上的岩层)。沿走向可分为原始应力出现上煤层瓦斯含量高、下煤层瓦斯含量低的现象。4)适用于煤层赋存不稳定的条件。随着我国能源结构的区煤壁支撑区、离层区、重新压实区和稳定区。在煤壁支撑区变化,对煤炭的需求量也越来越大，一些大型特大型矿井正内，下有采面煤壁及其上方岩体所支撑,故上部水平拉伸及下在崛起。由于煤层赋存不稳定的原因,一些井田虽然储量丰部压缩变形剧增:在离层区，铅垂方向受拉伸，故上下离层变富,适合建设大型矿井,但含煤底层属于煤层群性，上薄下形最充分;而在重新压实区内,顶板下沉被采空矸石所支撑，厚，上、下层之间存在着压茬关系，如果采用下行开采法，为故采动裂隐重新闭合压实。从而说明断裂带岩层在下沉过程了保证矿井的产量,就得多布置工作面。如果采用超前工作中岩块间相互咬合可形成一采面煤壁及其上方岩体- -采空区面布置方法,会带来巷道布置和生产管理方面的困难,也会使跨落矸石一-为支撑体系的平衡岩层结构。断裂带的下位岩层供水、供电运输等输助设施布置复杂化。类似于上薄下厚的可形成以-煤壁一支架- -矸石一 为支撑体系的岩层结构。这煤层或上、下层煤质不一样的煤层,设计中可以在矿井一翼用种岩层结构在支架参与下亦可形成平衡岩层结构，能阻止覆下行顺序开采法，另一翼采用上行顺序开采法。此种布置方岩层纵向台阶错动。因此，当上煤层位于距下煤层最近的平法可以解决矿井均衡生产及煤质不同的问题。衡岩层之上时，即可上行开采。5)适用于复采采空区上部遗留的煤炭资源。在现有生产3影响上行开采的主要因素矿区或矿井中,有很多采空区上方都遗弃了-一些可采煤层，丢1)层间距四从当商穴凹及科学研究证明,弃的煤炭储量相当多。足够的空间距离中国煤化工下煤层的层间距2上行开采机理越大，上覆煤层YHCN M H G种变形值越小，1)采场上覆岩层裂隙的变化规律。上行开采破坏了采场越有利于上行开采。反之,层间距越小，上覆煤层变形越剧.技术研发TECHNOLOGY AND MARKETVal. 20 ,No.11 ,2013烈，甚至出现台阶下沉。低。③急倾斜煤层,采空区冒落矸石下滑，上部岩层冒高更充.2)采高。采高是影响上覆岩层破坏及高度的根本因素。分, 跨落带及断裂带的分布形态明显，更向上部边界发展。同采高越大,采出的空间越高,采场上覆岩层的结构可能获得平时,煤层底板亦可发生滑脱来充填采空区。衡的几率就越小，势必导致采场上覆岩层的严重破坏。一般6)时间。煤层采出后,覆岩冒落、移动至稳定,有个时间采高越大，上煤层的下沉越大，各种变形值也增大。开采单一发展过程。煤层及厚煤层第一分层时， 垮落带及断裂带高度与采高基本4上行开采的前景展望上成正比关系。在分层开采厚煤层时，跨落带及断裂带高度上行开采法将过去由上至下层层开采煤田的下行开采方与累计采高成分式函数关系。当分层数增加时，此两带高度式，大胆转变为自下而上的卸压开采方式,从根本上解决了传趋于稳定并略有下降。统下行开采不能解决的诸多难题。在某些特定历史地质条件3)采煤方法。采煤方法是控制覆岩破坏高度的重要因素。下进行上行式开采，可以确保矿井生产能力的增长和新井建因在采煤方法中，其顶板管理方法决定着覆岩破坏的空间形设速度， 有效减少巷道工程量和维护量,达到安全经济的目态和高度。全部跨落法管理顶板时,采场上覆岩层一般都形的。现阶段,虽然上行开采技术有待进一-步完善,但随着采煤成“三带”。而采用充填法管理顶板时, -般只引起覆岩的开生产技术水平的提高，上行开采法将会有广阔的发展前景。烈性破坏，顶板下沉量要比全部跨落法小,顶板下沉量随采高参考文献:而变化。[1] 中国矿业学院.煤矿岩层与地表移动[M ] .北京:煤炭4)岩性及层间结构。岩石力学性质及层间结构影响覆岩工业出版社, 1981:2-7.破坏的高度。当顶板岩石硬度较高时,跨落带和断裂带的发汪理全.煤层(群)上行开采技术[M ].北京:煤炭工业出育较高。在冒落过程中,岩层主要以断块充填采空区。当顶版社, 1995 :44 -45.板岩石强度较低时，冒矸容易充满采空区,因此,跨落带和断杜计平.煤矿特殊开采方法[M ]. 徐州:中国矿业大学出裂带发育较低。版社,2003:52 -54.5)煤层倾角。煤层倾角主要影响采场上覆岩层破坏的空[4徐永圻.煤矿开采学[M ].徐州:中国矿业大学出版社,间形态。①缓倾斜煤层,采场顶板岩层冒落后就地堆积。在1991:21 -22. .采空区边界,由于煤柱支撑,剪切应力大,因此,跨落带及断作者简介:裂带发育较中部高。②倾斜煤层,采场顶板岩层冒落后会沿孙东兴(1964-),男,辽宁北票人,工程师。1988 年毕业煤层地板向下滚动。煤层倾斜下方的顶板受矸石充填，冒落于潞安矿 务局职工大学综合机械化采煤专业,现在山西汾西工不充分，而倾斜上方的岩层失去冒落矸石的支撑，岩层冒落充程建设有限责任公司工程公司从事采矿技术管理研究工作。分。因此,跨落带和断裂带不对称，倾斜上方高，倾斜下方(上接第94页)逃,就可以很好地改善马山贫困山区的水土流失问题。具体的施工办法:首先用挖土机将地表上层的肥沃土壤挖通过.上述两种方法的介绍,我们了解了最为直接和高效的出来,深度保持在5 m,将挖出来的优质土壤放在旁边,然后开防止水土流失的办法,这两种方法还能彻底解决水土流失的问.始进行防渗膜的铺设。在铺设的时候,根据实际情况选取不一题,后续的工作还要求 我们根据土壤的实际情况,进行封山育样的规模,以免造成资源的浪费，根据情况铺设3 ~4层的防渗林的改造和定量的减少农耕的生活。因为在改造初期,虽然土膜,然后将开始挖出来的优质土壤进行回填,与此同时,必须注壤的能力得到了一定的恢复,但是,能力只是停留在表面,还没意防渗膜的无缝焊接工作,做到滴水不漏。这样以来,一项防有完全的恢复,所以需要不断进行植树造林,才可以把水分牢渗膜的施工过程就完成了过程非常简单快捷,为以后优质土壤牢的吸收在植物的根部，增强土壤的抗性,真正做到防治水土的退耕还林提供了保证。流失。2.2.将溶洞和水洞两种特殊地貌全部封死3“结语广西马山县贫困山区的水土流失是由于消水洞这种特殊因为贫困山区固有的脆弱性质的生态系统环境的不稳定的地貌引起的。所以利用地质探测技术,准确寻找和定位消水和极易造成破坏,以及很难恢复的特性。山地资源的不合理开洞的位置和溶洞的具体坐标,并将其利用现代科技对这两种特发和没有节制的滥用,非常容易造成贫困山区生态环境的不断殊的地貌出入口全部封死,就可以从本源部分直接切断土质水恶化和退化，甚至严重的时候可以直接造成土地灾害。水土流层存水的流失问题,也就可以很好地解决水土流失的下渗问题失是贫困山区生态环境恶化和退化最集中的体现,与土地的合和因为雨水冲刷流向溶洞和消水洞的问题。在这项措施中利理利用有着直接的关系。用地理中的地质勘测技术可以很好地解决这个问题。结合上述材料中提到的防渗膜技术的运用,这两种特殊的技术结合在[1] 王礼先.水土保持学[M].北京:中国林业出版社,2005.-起,一个可以在表面直接控制水土的下渗问题,另一个可以[2] 王平,刘少峰. 岭南稀土矿区土壤侵蚀状况分析[J].中在里面直接封死水土流失的进出口,即使再次发生水灾或者旱国水土保持,2010(11):144- 146.灾的情况，至少优质的水士资源不会再次流向消水洞和溶洞当[3]林靓规_ 当伯蕴吃佐兴冷津于水+保持生态补偿机制中,依然会停留在地表处。这样以来,原本土质非常恶劣的土的必要中国煤化工1);122-124.壤,因为防渗膜技术的控制可以把劣质的土壤变成肥沃的土[4] 高照YHC N M H G项建设及其规划研究壤,加上将其消水洞和溶洞完全的封死,导致水土流失无处可[M].北京:中央文献出版社,2007.96.